DE3034097A1 - Einrichtung zum regeln und steuern des vorzuendwinkels eines brennkraftmotors - Google Patents

Einrichtung zum regeln und steuern des vorzuendwinkels eines brennkraftmotors

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Description

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ALFA ROMEO S.p.A.,
Mailand /Italien
Einrichtung zum Regeln und Steuern des Vorzündwinkels eines
Brennkraftmotors
Es ist bekannt, daß moderne Brennkraftmotoren für Automobile mit sehr mageren Gemischen gespeist werden und daß es für zukünftige Motoren angestrebt wird/ die Gemische noch weiter abzumagern, um den Brennstoffverbrauch und den Gehalt an unverbrannten Schadstoffen in den Auspuffgasen zu senken.
Mit mageren Gemischen gespeiste Motoren arbeiten jedoch unter kritischeren Bedingungen als solche Motoren, denen stö chiometrische oder gar fette Gemische zugeführt werden, und mögliche Fehler in der Brennstoffzumessung können die Zündfähigkeit des Gemisches entscheidend beeinflussen. Diese Motoren brauchen auch Zündeinrichtungen, die zwischen den Elektroden der Zündkerzen Zündfunken von ausreichender Intensität und Dauer und mit genau gesteuerter Vorzündung hervorbringen können, um eine nur teilweise Verbrennung oder gar Fehlzündungen des Gemisches zu vermeiden.
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Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wird der Einsatz von Regel- und Steuereinrichtungen mit elektronischem Aufbau für die Zündung immer verbreiteter.
Die modernste elektronische Regeleinrichtung für die Treibstoffzufuhr und die Zündsteuerung ist eine mit einem digitalen Mikroprozessor verdrahtete Logikeinheit oder eine Einrichtung, die ausschließlich eine digitale Mikroprozessorlogik benützt. Bei der erstgenannten werden die Zeitabhängigkeiten für die Regelgrößen (Einspritzphase, Zündphase) und für die Leistungsausgangsstufen als verdrahtete Logikschaltung ausgeführt, während die Größenbemessung der Regelgrößen (Dauer des Zündfunkens, Vorzündung) mit Hilfe digitaler Techniken vorgenommen werden, die eine"Berechnung von Funktionen und die Analyse von Datentabellen erforderlich machen, was mit Hilfe eines Mikroprozessors geschieht, der für diesen Zweck programmiert ist.
Bei der letztgenannten Einrichtung sind lediglich die Leistungsausgangsstufen in verdrahteter Logikschaltung ausgeführt, während sowohl die ZeitSteuerfunktionen als auch die Größenbemessungsfunktionen der Regelgrößen durch eine in geeigneter Form programmierte Mikroprozessoreinheit bestimmt und festgelegt werden.
Bei den Einrichtungen der erstgenannten Art ist es vergleichsweise einfach, die Größenbemessung der geregelten Größen dadurch zu modifizieren, daß die Eigenschaften der Installation in Übereinstimmung mit den Motorerfordernissen variiert werden, wenn die Zeitbeziehungen unverändert bleiben, denn eine Veränderung der letzteren macht gewöhnlich eine wesentliche Änderung in der Auslegung der verdrahteten Logikschaltung nötig.
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Die vollständig durch eine digitale Mikroprozessoreinheit verwirklichten Einrichtungen erlauben die vollkommenste Anpassung, da sowohl die Zeitsteuerung als auch die Größenwerte der geregelten Größen durch Änderung des Mikroprozessorprogramms variiert werden können. Darüber hinaus sind reine Mikroprozessorsysteme besonders zuverlässig und betriebssicher, da sie die geringste Zahl von Baukomponenten aufweist. Auch vom Standpunkt der Kosten her stellen sie sich am günstigsten, denn die Anwendung von in äußerstem Maße integrierter Technologien bei der Herstellung von Mikroprozessoren führt zu einer Senkung der Montage- und Herstellungskosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung für den Vorzündwinkel eines Brennkraftmotors zu schaffen, die auf der Anwendung einer Mikroprozessoreinheit basiert, die so programmiert ist, daß sie vorgewählte Arbeitsfolgen durchführt, welche bei jedem Berechnungszyklus aus vorgewählten Motorbetriebsparametern als Eingangsdaten Ausgangsdaten erzeugt, die aus den Regelgrößen bestehen, d. h., die Größenbemessung (numerischer Wert) und die Zeitbestimmung (Phase) der Vorzündung enthalten ι
Es soll damit eine Steuer- und Regeleinrichtung geschaffen werden, die se genau, zuverlässig und schnell arbeitet, daß sie den hohen Anforderungen gerecht wird, die vom Motor an sie gestellt werden und die hinsichtlich der schnellen Veränderungen im Motorbetrieb zu berücksichtigen sind.
Ferner soll die erfindungsgemäße Einrichtung bezüglich ihrer Herstellungskosten günstig für Massenproduktion sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Einrichtung zum Regeln und Steuern des Vorzündzeitpunktes eines Brennkraftmctors mit Zündkerzen, einer Verteilereinrichtung zum Zuführen von Hoch-
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spannung zu den Zündkerzen entsprechend der Zündfolge, einer HochspannungserZeugungseinrichtunguncL wenigstens einem Kraftantrieb für diese gekennzeichnet durch eineil ersten Detektor für einen ersten Motorbetriebsparameter, der mit diskreter Zahl die von diesem Parameter abgenommenen Werte abgibt, wobei jeder Wert sichaus einer vorgewählten Anzahl von Stellen zusammensetzt, einen zweiten Detektor für einen zweiten Motorbetriebsparameter, der in einer diskreten Zahl die vom Parameter genommenen Werte abgibt, welche sich aus einer vorgewählten Anzahl von Stellen zusammensetzt, wobei jedes Wertepaar vom ersten und zweiten Parameter einen bestimmten Betriebszustand des Motors wiedergibt, einen dritten Detektor für die Betriebstemperatur des Motors, welcher die vom Motor abgenommenen Temperaturwerte in einer diskreten Zahl abgibt, und jeder dieser Werte sich aus einer vorgewählten Zahl von Stellen zusammensetzt, einen ersten Impulsgenerator in Verbindung mit der Kurbelwelle, der bei jeder Motorumdrehung eine Impulskette abgibt, deren Impulszahl der Zahl von Zündungen gleich ist, die während der Motorumdrehung gesteuert werden müssen, wobei jeder Impuls in bezug auf den oberen Totpunkt eine bestimmte PhasenwinkelbeZiehung hat, einen zweiten Impulsgenerator, der mit einer Welle verbunden ist, die sich mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle dreht, und der bei jedem Motorzyklus einen Impuls von geeigneter Phasenlage abgibt, wenigstens ein Zeitsteuerelement mit einer Zählkapazität, die einer gewünschten Genauigkeit angepaßt ist, einen Zentralmikroprozessor, einen auslesbaren und einschreibbaren Speicher mit freiem Zugriff, einen Festwertspeicher, der die Rechenprogramme für den Mikroprozessor, den Plan für die Vorzündung des Motors als Funktion der beiden Motorbetriebsparameter und den Plan für die Korrektur der Zündvorverstellung in Abhängigkeit von der Motorarbeitstemperatur enthält, •wobei die Festwertspeicherplätze bezüglich dem Plan der Vorzündung einen aus einer bestimmten Zahl von Stellen zusammengesetzten Informationteil enthalten, deren Wert eine Funktion des Vorzündwinkels einer Zündkerze gegenüber dem oberen
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Totpunkt bei dem Betriebszustand ist, welcher durch ein Wertepaar der beiden Motorbetriebsparameter bestimmt ist, während alle anderen Motorbetriebsparameter als konstant angenommen werden, und wobei die Zahl der Speicherplätze gleich der Zahl der möglichen Wertekombinationen ist, die durch eine vorbestimmte Anzahl der höchsten Stellen des ersten Motorbetriebsparameters mit Werten, die durch eine vorbes&mmte Zahl der höchsten Stelle des zweiten Motorbetriebsparameters genommen sind, die Speicherplätze des Festwertspeichers in bezug auf den Korrekturplan der Zündvorverstellung jeweils ein Informationsteil enthält, dessen Wert der Vorzündkorrekturkoeffizient als Funktion der durch die Motorarbeitstemperatur entnommenen Werte ist, und der Zentralmikroprozessor so programmiert ist, daß er eine Adresse des Festwertspeichers erzeugt, die eine Kombination der vorbestimmen Zahl der höchsten Stellen des Zahlenwertes vom ersten Motorbetriebsparameter mit der gewählten Zahl der höchsten Stelle des Zahlenwertes des zweiten Motorbetriebsparameters ist, um dadurch die Adresse für den Festwertspeicherplatz zu ermitteln, in dem eine erste Information für den Vorzündv/inkel enthalten ist und im Festwertspeicher drei weitere Informationteile für den Vorzündwinkel zu ermitteln, die den Speicherplatzinhalten entsprechen, welche in einem bestimmten Bereich um diese Adresse gespeichert sind, wobei diese drei Zellen durch algebraische Summierung bestimmter Konstanten zu der Adresse ermittelt werden, um danach aus den vier Informationswerten des VorzündwinkeIs einen durch Iteration im Interpolationsverfahren gewonnenen Vorzündwinkel zu berechnen, wobei der elementare Operationsmodul eine bestimmte Anzahl von kleinsten Stellenwerten der ersten und zweiten Motorbetriebsparameter verwendet, um dann im Festwertspeicher den Platz zu ermitteln, der den der Motorbetriebstemperatur entsprechenden Korrekturkoeffizienten enthält, und diesen dann zum Modifizieren des berechneten Vorzündwinkels nach einem bestimmten Verfahren zu verwenden, um auf diesen nach der Temperatur korrigierten Vorzündwinkelwert die Zeitverzögerungsinforma-
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tion in bezug zu einem ersten, vom ersten Generator abgegebenen Impuls zu berechnen, wobei die Zeitverzögerungsinformation die Gestalt einer Anzahl von Impulsen konstanter Frequenz hat, um mit Hilfe des vom ersten Impulsgenerator abgegebenen Signals die zu zündende Zündkerze zu ermitteln, um die Leistungsfähigkeit der Steuerstufe für den Hochfrequenzgenerator zu kontrollieren, so daß der Generator damit beginnen kann, elektrische Energie zu speichern, während der Betätigungszeitpunkt der Stufe durch ein vom ersten Generator erzeugtes Impulssignal bestimmt wird, und um die Freigabe der Steuerstufe zu steuern, so daß an der Zündkerze in Abhängigkeit von der Verzögerungszeit und Verwendung der Zeitsteuerung der Zündfunke auftritt.
Insbesondere ist die Einrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor für die Bestimmung der Betätigungsdauer der Steuerstufe durch Eingabe der Zahl der vorgenannten Impulse, die die Verzögerungszeit darstellen, und zum Steuern bei Beendigung des Zählvorgangs der Zeitsteuerung zur Freigabe der Steuerstufe des Hochspannungsgenerators für die Zündkerze programmiert ist, so daß an der Zündkerze der Zündfunke auftritt.
Für den Fall, daß die Hochspannungserzeugungseinrichtung eine Steuerung für die Stromspeicherzeit benötigt, zeichnet sich die erfindungsgemäße Einrichtung dadurch aus, daß der Mikroprozessor dafür programmiert ist, in Form einer Anzahl von Konstantfrequenzimpulsen die Speicherzeit des vorangehenden Zyklus erfaßt und in Übereinstimmung mit dem von dem Hochspannungsgenerator im vorangehenden Zyklus ankommenden Energiepegel korrigiert, daß er in die Zeitsteuerung eine Zahl vcn Impulsen einspeichert, die gleich jener der Verzögerungszeit, vermindert um die Zahl der Impulse, die der Stromspeicherzeit entspricht, ist, und die Zeitsteuereinrichtung dadurch so steuert, daß sie durch das vom ersten Generator abgegebene Impulssignal eine erste Zählung ausführt, daß bei Beendigung
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der ersten Zählung die Betätigung der Steuerstufe des Hochspannungsgenerators für die Zündkerze so gesteuert wird, daß der Generator die Stromspeicherung beginnt, und daß in die Zeitsteuerung eine der Stromspeicherzeit gleiche Anzahl von Impulsen eingegeben wird, womit die Durchführung eines zweiten Zählschrittes gesteuert wird, und daß bei Beendigung der zweiten Zählstufe in der Zeitsteuerung die Auslösung der Steuerstufe des Hochspannungsgenerators für die Zündkerze erfolgt, wodurch an der Zündkerze der Zündfunke auftritt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Blockschaltbildes näher erläutert. Die Regel- und Steuereinrichtung für den Vorzündwinkel, die in der Zeichnung wiedergegeben ist, ist für den Einsatz an einem Vierzylinder-Viertakt-Verbrennungsmotor vorgesehen.
In der Zeichnung sind mit 10, 11, 12 und 13 Zündkerzen und mit 14, 15, 16, 17 den jeweiligen Zündkerzen zugeordnete Hochspannungserzeuger gezeichnet. 18 ist ein Detektor für einen Motorbetriebsparameter, hier die Motordrehzahl, der wie in der DE-OS 28 07 135 oder der DE-OS 29 32 211 beschrieben ausgeführt sein kann.
Der Detektor 18 kann über eine Schnittstelle 19 ein pulsierendes Signal abgeben, dessen Pulsfrequenz der Motordrehzahl proportional ist. Die Schnittstelle 19, die über eine Verbindung 41 mit einer Parallelsammelleitung 20 verbunden ist, erlaubt es, im Gleichlauf mit jedem vom Detektor ankommenden Impuls das Hauptprogramm zu stoppen, so daß ein erstes Hilfsprogramm durchgeführt werden kann, mit dem die Arbeitsweise eines Zählers 21 gesteuert wird.
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Ein.den Zähler 21 verwendender Mikroprozessor 36 stellt eine solche Periode fest und gibt in einer diskreten Zahl die Werte ab, die von der Drehzahl im Arbeitsbereich des Motors genommen sind; diese Werte werden durch acht Bits oder Stellen ausgedrückt.
Mit 22 ist ein Detektor für einen weiteren Motorbetriebsparameter bezeichnet, im vorliegenden Fall für die Winkelstellung der Drosselklappe, durch die die in den Motor eingesaugte Luft-, menge bemessen wird. Der Detektor 22 kann in Form einer diskreten Zahl den vom Drosselklappenwinkel abgenommenen Wert über den gesamten Drosselklappenschwenkbereich abgeben. Diese Werte sind achtstellig. Über eine Schnittstelle 23 und die Verbindung 42 ist der Detektor 22 mit der Parallelsammelleitung 2 0 verbunden.
Jeder Betriebsbereich des Motors ist durch ein Wertepaar aus Drehzahl und Drosselklappenwinkel bestimmt.
Ein Detektor 24 stellt die Temperatur der vom Motor angesaugten Luft fest, während ein weiterer Detektor 26 die Temperatur des Motorkühlwassers mißt. Beide Detektoren geben ihre Meßwerte über Schnittstellen 25 bzw. 27 in Form von fünfstelligen Werten und über Verbindungen 43, 44 an die Parallelsammelleitung 20 ab.
Ein Impulsgenerator 28 ist mit der Kurbelwelle des Motors verbunden und gibt bei jeder Motorumdrehung ein pulsierendes Signal ab, dessen Impulszahl pro Umdrehung gleich der Zahl der bei jeder Motorumdrehung erforderlichen Zündungen ist. Bei einem Viertakt-Vierzylinder-Motor bedeutet dies je Umdrehung zwei Impulse, die voneinander durch die Zeitspanne getrennt sind, die zwischen zwei Zündungen der in 'leu Zündreihenfolge aufeinanderfolgenden Zylinder liegt.
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Über eine Schnittstelle 29 und eine Verbindung 45 ist der Impulsgenerator 28 mit der parallelen Sammelleitung 20 verbunden. Die Schnittstelle 29 kann im Gleichlauf mit jedem vom Generator 28 kommenden Impuls das Hauptprogramm stoppen, so daß dann ein zweites Hilfsprogramm zur Steuerung der Arbeitsweise von Zeitsteuergliedern 3 9 und 40 ablaufen kann, welch letztere die Dauer einer Wartezeit bestimmen.
j Ein weiterer Impulsgenerator 30 ist mit einer Welle verbunden, ' die mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle umläuft, und ist in der Lage, bei jeder Motorumdrehung mit geeigneter Impulsphasenlage einen Impuls abzugeben. Über eine Schnittstelle und eine Verbindung 46 ist der Impulsgenerator 30 mit der parallelen Sammelleitung 20 verbunden. Die Schnittstelle 31 ermöglicht es im Gleichlauf mit den vom Impulsgenerator 30 kommenden Impulsen das Hauptprogramm zu stoppen, so daß ein drittes Hilf sprogramm durchgeführt wird, das die korrekte. Zündzeitsteuerung überprüft.
Die Hochspannungserzeugungseinrichtungen 14, 15, 16, 17 und die Zündkerzen 10, 11, 12, 13 sind mit der parallelen Sammelleitung 20 über elektrische Anpassungs- und Treiberschnittstellen 32, 33, 34, 35 und Verbindungen 47, 48, 49, 50 gekoppelt.
Ein Zentralmikroprozessor (CPU) steht mit der Sammelleitung über eine Verbindung 51 im Austausch, während über eine Verbindung 52 ein Festwertspeicher (ROM) 37 und über eine Verbindung 53 ein einschreib- und auslesbarer Speicher mit freiem Zugriff (RAM) 38 verbunden sind. Zeitsteuerglieder 39 und 40 sind über Verbindungen 54 und 55 und ein Zähler 21 über eine Verbindung 56 mit der Sammelleitung 20 in Verbindung. Die mit 57 bezeichnete gestrichelte Umrahmung umfaßt den Mikrocomputer in seiner Gesamtheit. Im RAM 38 sind jeweils zeitweilig die von den Detektoren zugegangenen Werte und die an die Zündkerzensteuerungen abzugebenden Werte gespeichert. Auch die
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während der Berechnung auftretenden Werte von Zwischengrößen, die für den Programmablauf benötigt werden, sind im RAM 38 vorübergehend enthalten.
Im Festwertspeicher 37 sind d&s Hauptprogramm , dessen Unterprogramme und die drei Hilfsprogramme, welche der Mikroprozessor 36 benötigt, der Vorzündplan als Funktion der Motordrehzahl und des Drosselklappenwinkels und ein Korrekturplan für die Verbrennung in Abhängigkeit von der Temperatur der Ansaugluft sowie ein Korrekturplan für die Verbrennung in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlwassers enthalten. In den ROM 37 können auch noch weitere Korrekturpläne für die Vorzündeinstellung, z. B. in Abhängigkeit vom Druck der Außenluft, enthalten sein.
Die Speicherplätze für den Plan der Zündvorverstellung enthalten jeweils eine Information für den Vorzündwinkel in bezug zum oberen Totpunkt/ die sich aus acht Stellen im Betriebszustand zusammensetzt, der durch ein Wertepaar aus der Motordrehzahl und dem Stellungswinkel von einer oder mehreren Drosselklappen definiert ist, während sämtliche anderen Motorparameter als konstant angenommen werden. Die Anzahl der Speicherplätze ist gleich der Zahl der möglichen Kombinationen aus den fünf höchsten Stellen des Motordrehzahlwertes und den fünf höchsten Stellen des Drosselklappenwinkelwertes. Bei einem brauchbaren Ausführungsbeispiel sind 1024 Speicherplätze für 32 Motordrehzahlwerte und 32 Drosselklappenwinkelwerte vorgesehen.
Die Speicherplätze für den Korrekturplan des Vorzündwinkels enthalten jeweils eine Information, deren mit acht Stellen ausgedrückter Wert den Korrekturkoeffizienten für die Vorzündung in Abhängigkeit von gemessenen Ansauglufttemperaturwerten und Kühlwassertemperaturwerten darstellen.
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Die Arbeitsweise der Regel- und Steuereinrichtung ist folgende. Der Mikroprozessor benötigt vor allem die den Betriebszustand des Motors kennzeichnenden Größen. Er benötigt also vom Detektor 22 über die Schnittstelle 23 den Drosselklappenstellungswinkel, vom Detektor 24 über die Schnittstelle 25 die Ansauglufttemperatur und vom Detektor 26 über die Schnittstelle 27 die Kühlwassertemperatur. Die Motordrehzahl wird bezüglich des Hauptprogrammes asynchron ermittelt, indem das vom Detektor 18 kommende Impulssignal verwendet wird. Genauer gesagt,führt auf den ersten Impuls hin der Mikroprozessor 36 folgende Operationen durch:
- er unterbricht den Ablauf des Hauptprogramms;
- er stoppt den Zählvorgang des Zählers 21 und befiehlt einen neuen Zählbeginn;
- er läßt das Hauptprogramm erneut anlaufen.
Bei Auftreten eines zweiten Impulses führt der Mikroprozessor 36 folgende Operationen aus:
- er stoppt den Ablauf des Hauptprogramms;
- er stellt die inzwischen vom Zähler 21 gezählten Impulse fest, stoppt den weiteren Zählvorgang und startet einen neuen Zählvorgang;
- er wandelt die gezählte Impulszahl in eine Acht-Bit-Information proportional zur Drehzahl entsprechend einem in der DE-OS 29 32 211 angegebenen Algorithmus um;
- er startet erneut den Ablauf des Hauptprogramms.
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Der durch den zweiten Impuls erneut gestartete Ablauf wird bei Auftreten eines jeden folgenden Impulses wiederholt, so daß die durch die Drehzahl gegebene Information im Fall des vorliegenden Motors jeweils nach 180 ° Kurbelwellendrehung aktualisiert wird.
Beim Beginn des Berechnungszyklus für den Vorzündwinkel bildet der Mikroprozessor 36 durch'Kombination der ersten fünf 'ι Stellen des vom Detektor 22 abgegebenen Wertes (Drosselkhppenstellung) mit den ersten fünf Stellen des vom Detektor 18 abgegebenen Wertes (Motordrehzahl) eine Speicheradresse. Diese zehnstellige Adresse wird vom Mikroprozessor 36 zur Bestimmung des Speicherplatzes im Speicher 37 verwendet, injdem für den vorliegenden Betriebszustand der Vorzündwinkel des Vorzündungsplans enthalten ist, d.h., der Wert φ1 des Winkels für die Vorzündung.
Der Mikroprozessor 36 bestimmt außerdem drei weitere Speicherplätze im ROM 37, die Informationen von Vorzündwinkeln φ», Φ3 und φ. enthalten, wobei diese Speicherplätze durch algebraisches Summieren bestimmter Konstanten mit der Adresse für die erste Information Φ1 gewonnen werden. Die Speicheradresse für Φ2 wird durch Addieren von eins zur Adresse der Zelle φ.. gewonnen. Die Speicheradresse für den Speicherplatz der Größe φ3 wird durch Addieren von 32 Einheiten zur Adresse des Speicherplatzes für Φ1 gewonnen, und die Adresse des Speicherplatzes für φ. wird durch Addieren von 33 Einheiten zur Adresse des Speicherplatzes für φ. erhalten.
Die Verwendung dieser Konstanten ist durch die Art und Weise, wie die Informationen im Speicher des Vorzündplanes angeordnet sind, bedingt. Die Informationsteile für den Vorzündwinkel sind bei konstantem Drosselklappenwinkel in Gruppen von 32 -aufeinanderfolgenden Speicherplätzen untergebracht, weil
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die fünf vorderen Stellen des Drosselklappenwinkels benutzt worden sind, um die fünf vorderen Stellen der Speicheradresse zu bilden.
Jeder dieser Blöcke enthält Informationteile des Vorzündwinkels bei jeweils steigender Motordrehzahl, denn es wurden die fünf oberen Stellen der Drehzahlwerte verwendet, um die fünf unteren Stellen der Speicherplätze zu bilden.
Bei weiterer Durchführung des Rechenprogrammes bildet der Mikroprozessor 36 von den genannten vier Informationsteilen über den Vorzündwinkel φ , φ , φ , φ. eine Information über den Vorzündwinkel φ durch einen iterativen Interpolationsprozeß , der im elementaren Operationsmodul die letzten drei Stellen der von den Detektoren 18 und 22 erhaltenen Drehzahl bzw. Drosselklappenwinkelwerte verwendet.
Dieses elementare Operationsmodul wird dreimal wiederholt, und zwar wird das erste Mal aus den Werten φ1 und φ_ ein Zwischenwert φ12 durch Verwendung der drei unteren Stellen berechnet; das zweite Mal wird ein Zwischenwert φ^4 durch Verwendung der unteren drei Stellen der Drehzahl aus den Werten φ-, und φ, berechnet; der dritte Vorgang ist dann eine Berechnung des Zwischenwertes φ aus den Werten φ1? und φ,., durch Verwendung der unteren drei Stellen des Drosselwinkels.
Eines der elementaren Operationsmodule besteht aus Multiplizieren der ersten Vorzündwinkelinformatxon φ1 oder φ3 oder Φ12 mit dem Komplement zu acht aus den drei untersten Stellen und im Multiplizieren der zweiten Vorzündwinkelinformation φ« oder φ. oder φ,. mit dem Wert der drei untersten Stellen;, die beiden so erhaltenen Produkte werden dann summiert und durch 8 geteilt.
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Die.Auswertung des beschriebenen Interpolationsvorgangs ermöglicht es, Informationen über die Vorzündung in einer Anzahl bereitzuhaben, die der Zahl der möglichen Wertekombinationen gleich ist, die aus der Zahl von Bits der Motordrehzahl, und von Werten, die durch die Zahl von Bits des Drosselklappenwinkels gegeben sind, gleich ist, während ein Festwertspeicher von geringerer Kapazität, nämlich nur 1/64 der Kapazität, die zum Speichern sämtlicher Kombinationen nötig wäre, eingesetzt werden muß.
Der Wert der Lufttemperatur (fünfstellig), der vom Detektor aufgenommen wird, wird durch den Mikroprozessor zum Adressieren einer Tabelle mit 32 Werten im ROM benutzt. Die Speicherplätze dieser Tabelle enthalten Korrekturkoeffizienten mit Hinblick auf die Treibstoffzufuhr, berechnet in Abhängigkeit von der Temperatur. Auf diese Weise wird ein Korrekturkoeffizient C in Bezug zur Lufttemperatur festgelegt.
Durch einen ähnlichen Vorgang wird der Korrekturkoeffizient für die Kühlwassertemperatur ΟφΗ bestimmt.
Der Zentralprozessor 36 führt die Korrekturen durch Multiplikation des berechneten Wertes φ raii; der Summe der verschiedenen Korrekturkoeffizienten und Summieren der so erhaltenen Steigerung der Werte mit dem Wert φ aus. Es wird damit ein korrigierter Wert für den Vorzündwinkel φ erhalten, um die Multiplikation zu vereinfachen, werden diese Koeffizienten als Prozentwerte auf einer Basis von 128 ausgedrückt.
Der Mikroprozessor 36 verwendet die Vorzündwinkelinformation φ zur Berechnung einer Verzögerungszeit t gegenüber dem ersten, vom Generator 28 abgegebenen Impuls." Diese Verzögerungszeitinformation wird als Zahl von Konstantfrequenzimpulsen ausgedrückt, so daß sie eine Funktion der Zahl der Konstantfrequenzimpulse ist, die zwischen dem ersten auftretenden Impuls
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und dem unmittelbar vorhergehenden Impuls zusammengezählt ist.
Eine der Funktionen der Mikroprozessoreinheit, die ausgenutzt werden kann, besteht in der Umformung des Vorzündwinkels gegenüber dem oberen Totpunkt φ in einen Verzögerungswinkel φ gegenüber dem Impuls vom Generator 28, der als letzter vor Erreichen des oberen Totpunktes auftritt. Eine derartige Um-, Wandlung wird durch Summieren einer vorbestimmten Konstante j K zum Vorzündwinkel φ erreicht. Aus dem so erhaltenen Verc
zögerungswinkel φ kann man durch Teilen des Motordrehwinkels, der zwischen dem ersten Impuls und dem unmittelbar davorliegenden Impuls liegt, einen dimensionslosen Koeffizienten erhalten, der multipliziert mit der Zahl der Konstantfrequenzimpulse, welche zwischen dem ersten Impuls und dem unmittelbar davorliegenden Impuls aufsummiert worden sind, die Anzahl der Konstantfrequenzimpulse bestimmt, die die Verzögerungszeit t darstellen.
Die Berechnung der Verzögerungszeit wird fortlaufend durch den Mikroprozessor 36 vorgenommen und ist asynchron zu den Zeitsteuersignalen, die von den Generatoren 28 und 30 abgegeben werden.
Die VerzögerungsZeitinformation wird auf jeden Fall wenigstens einmal innerhalb der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündungen liegenden Zeitspanne aktualisiert.
Die Zeitsteuerung der Vorzündung wird durch den Mikroprozessor 36 durch die Eigenschaften der Hilfsprogramme, welche an die Forderungen nach Unterbrechung gebunden sind, die von den Generatoren 28 und 30 kommen, gesteuert.
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In Übereinstimmung mit jedem vom Generator 28 kommenden Impuls führt der Mikroprozessor folgende Operationen durch:
- er stoppt das Hauptprogramm;
- er bestimmt die Zündkerze, an der der nächste Zündfunke auftreten muß; dies geschieht dadurch, daß der Mikroprozessor eine Zählung der vom Generator 28 kommenden Impulse vornimmt und diese Zählung löscht, wenn vom Generator 30 ein Impuls ankommt;
- er speist die Steuerstufe des Hochspannungsgenerators, der der entsprechenden Zündkerze zugeordnet ist, so daß dieser Hochspannungsgenerator elektrische Energie zu speichern beginnt;
- er setzt einen Zeitzähler (39 oder 40) so, daß dieser die durch das Hauptprogramm bestimmten Impulse zählt, was die Verzögerungszeit bedeutet;
- er gibt dem so eingestellten Zeitzähler den Befehl, die Zählung durchzuführen, und
- er setzt die Durchführung des Hauptprogramms wieder in Gang.
Sobald das ausgewählte Zeitsteuerglied den Zählvorgang beendet hat/ führt der Mikroprozessor folgende Operationen durch:
- der Ablauf des Hauptprogramms wird unterbrochen;
- die Steuerstufe des der ausgewählten Zündkerze entsprechenden Hochspannungsgenerators wird entregt, so daß der Zündfunke an der Zündkerze erscheint, und
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- der Ablauf des Hauptprogramms wird wieder in Gang gesetzt.
Für den Fall, daß die Hochspannungsgeneratoren die Steuerung der Ladungsspeicherzeit benötigen, um dadurch ihre Leistungscharakteristik besser auszunützen, ist die vorliegende Regel- und Steuereinrichtung in der Lage, auch diese Funktionen folgendermaßen durchzuführen: in Entsprechung zu jedem vom Generator 28 kommenden Impuls führt der Mikroprozessor folgende Operationen aus:
- er stoppt das Hauptprogramm;
- er ermittelt in der oben beschriebenen Weise die Zündkerze, an der der Zündfunke auftreten muß;
- es wird ein Zeitsteuerglied so voreingestellt, daß es eine Impulszahl zählt, die gleich derjenigen der Verzögerungszeit abzüglich einer Anzahl von Impulsen entsprechend der Energiespeicherzeit ist;
- der voreingestellte Zähler erhält den Befehl, einen ersten Zählvorgang durchzuführen; und
- der Ablauf des Hauptprogramms wird wieder in Gang gesetzt.
Sobald der voreingestellte Zeitzähler seine erste Zeitzählung beendet hat, führt der Mikroprozessor folgende Operationen durch:
- er stoppt das Hauptprogramm;
- er aktiviert die Steuerstufe des Hochspannungsgenerators für die betreffende Zündkerze, so daß der Energiespeicher mit dem Speichervorgang beginnt;
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- der Zeitzähler wird mit einer der Energiespeicherzeit entsprechenden Impulszahl geladen, d.h. mit einer Impulszahl, die derjenigen bis zur Vollendung der Verzögerungszeit entspricht; und
- das Hauptprogramm wird wieder in Gang gesetzt.
Sobald der zweite Zählabschnitt-des Zeitzählers beendet ist, • führt der Mikroprozessor folgende Operationen aus:
- er stoppt das Hauptprogramm?
- ei- entregt die Steuerstufe des Hochspannungsgenerators
der betreffenden Zündkerze, so daß an ihr der Zündfunke auftritt ; und
- er setzt den Ablauf des Hauptprogramms erneut in Gang.
Die Zeit für die Speicherung der elektrischen Energie im Hochspannungsgenerator wird vom Mikroprozessor dadurch ermittelt/ daß die Anzahl der Konstantfrequenzimpulse ausgelesen wird, die in einem Zähler zwischen dem Beginn der Spei— cherung der elektrischen Energie und dem Ende dieser Speicherung im vorhergehenden Motorzyklus zusammengezählt und der Energiepegel, der im Hochspannungserzeuger noch vom vorhergehenden Zyklus enthalten ist, berücksichtigt wird, um eine Korrektur der festgestellten Speicherzeit vorzusehen, damit stets die maximal benötigte elektrische Energiemenge im Speicher enthalten ist.
Der Zähler für die Zeit zum Speichern der elektrischen Energie kann der Zähler 21 sein, an dem die Ablesung im Durchlauf vorgenommen werden kann, d.h., ohne daß der Zählvorgang des Zählers dabei unterbrochen werden muß.
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Die Regel- und Steuereinrichtung ist weitgehend unabhängig von der Art des verwendeten Mikroprozessors und den Eigenschaften der Zubehörelemente wie Speicher, Zeitsteuerglieder, Schnittstellen und dgl., weil die Programmierung des Mikroprozessors in möglichst allgemeiner Form für den vorgesehenen Zweck durchgeführt ist.
Es wird also mit der Erfindung eine Regel- und Steuereinrichtung für den Vorzündwinkel in der Zündeinrichtung eines Brennkraftmotors geschaffen, die auf der Verwendung eines in geeigneter Weise programmierten Mikroprozessors beruht, dem Eingangsdaten von einer Gruppe von Detektoren, die Motorparameter erfassen, zugeleitet werden, welche er verarbeitet und aufgrund derer er schließlich Äusgangsdaten angibt, die einen geregelten Größenwert für den Vorzündwinkel darstellen.
1 3 0 0 U / 1 1 7 6

Claims (4)

  1. ALFA ROMEO S.Ό.Α.,
    Mailand / Italien
    PatentansOrüche
    1 .) Einrichtung zum Regeln 'und Steuern des Vorzündzeitpunktes eines Brennkraftmotors mit Zündkerzen, einer Verteilereinrichtung zum Zuführen von Hochspannung zu den Zündkerzen entsprechend der Zündfolge, einer Hochspannungserzeugungseinrichtung und wenigstens einem Kraftantrieb für diese, gekennzeichnet durch einen ersten Detektor für einen ersten Motorbetrieb'sparameter, der mit diskreter Zahl die von diesem Parameter abgenommenen Werte abgibt, wobei jeder Wert sich aus einer vorgewählten Anzahl von Stellen zusammensetzt, einen zweiten Detektor für einen zweiten Motorbetriebsparameter, der in einer diskreten Zahl die vom Parameter genommenen Werte abgibt, welche sich aus einer vorgewählten Anzahl von Stellen zusammensetzt, wobei jedes Wertepaar vom ersten und zweiten Parameter einen bestimmten Betriebszustand des Motors wiedergibt, einen dritten Detektor für die Betriebstemperatur des Motors, welcher die vom Motor abgenommenen Temperaturwerte in einer diskreten Zahl abgibt und jeder dieser Werte sich aus einer vorgewählten Zahl von Stellen zusammensetzt, einen ersten Impulsgenerator in Verbindung mit der Kurbelwelle, der bei jeder Motorum-
    130014/1176
    _2_ 3034037
    drehung eine Impulskette abgibt/ deren Impulszahl der Zahl von Zündungen gleich ist, die während der Motorumdrehung gesteuert werden müssen, wobei jeder Impuls in bezug auf den oberen Totpunkt eine bestimmte Phasenwinkelbeziehung hat, einen zweiten Impulsgenerator, der mit einer Welle verbunden ist, die sich mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle dreht, und der bei jedem Motorzyklus einen Impuls von geeigneter Phasenlage abgibt, wenigstens ein Zeitsteuerelement mit einer ■ Zählkapazität, die einer gewünschten Genauigkeit angepaßt ist, einen Zentralmikroprozessor, einen auslesbaren und einschreibbaren Speicher mit freiem Zugriff, einen Pestwertspeicher, der die Rechenprogramme für den Mikroprozessor, den Plan für die Vorzündung des Motors als Funktion der beiden Motorbetriebsparameter und den Plan für die Korrektur der Zündvorverstellung in Abhängigkeit von der Motorarbeitstemperatur enthält, wobei die Festwertspeicherplätze bezüglich dem Plan der Vorzündung einen aus einer bestimmten Zahl von Stellen zusammengesetzten Informationsteil enthalten, deren Wert eine Funktion des Vorzündwinkels einer Zündkerze gegenüber dem oberen Totpunkt bei dem Betriebszustand ist, welcher durch ein Wertepaar der beiden Motorbetriebsparameter bestimmt ist, während alle anderen Motorbetriebsparameter als konstant angenommen werden, und wobei die Zahl der Speicherplätze gleich der Zahl der möglichen Wertekombinationen ist, die durch eine vorbestimmte Anzahl der höchsten Stellen des ersten Motorbetriebsparameters mit Werten, die durch eine vorbestimmte Zahl der höchsten Stelle des zweiten Motorbetriebsparameters genommen sind, die Speicherplätze des Festwertspeichers in bezug auf den Korrekturplan der Zündvorverstellung jeweils ein Informationsteil enthält, dessen Wert der Vorzündkorrekturkoeffizient als Funktion der durch die Motorarbeitstemperatur entnommenen Werte ist, und der Zentralmikroprozessor so programmiert ist, daß er eine Adresse des Festwertspeichers erzeugt, die eine Kombination der vorbestimmten Zahl der höchsten Stellen des Zahlenwertes vom ersten Motorbetriebspara-
    1300U/1T7S
    meter mit der gewählten Zahl der höchsten Stellendes Zahlenwertes des zweiten Motorbetriebsparameters ist, um dadurch
    die Adresse für den Festwertspeicherplatz zu ermitteln, in
    dem eine erste Information für den Vorzündwinkel enthalten
    ist und im Festwertspeicher drei weitere Informationsteile
    für den Vorzündwinkel zu ermitteln, die den Speicherplatzinhalten entsprechen, welche in einem bestimmten Bereich um diese Adresse gespeichert sind, wobei diese drei Zellen durch algebraische Summierung bestimmter Konstanten zu der Adresse ermittelt werden, um danach aus den vier Informationswerten des Vorzündwinkels einen durch Iteration im Interpolationsverfahren gewonnenen Vorzündwinkel zu berechnen, wobei der
    elementare Operationsmodul eine bestimmte Anzahl von kleinsten Stellenwerten der ersten und zweiten Motorbetriebsparameter verwendet, um dann im Festwertspeicher den Platz zu ermitteln, der den der Motorbetriebstemperatur entsprechenden Korrekturkoeffizienten enthält, und diesen dann zum Modifizieren des berechneten Vorzündwinkels nach einem bestimmten Verfahren zu verwenden, um auf diesen nach der Temperatur
    korrigierten Vorzündwinkelwert die Zeitverzögerungsinformation in bezug zu einem ersten, vom ersten Generator abgegebenen Impuls zu berechnen, wobei die Zeitverzögerungsinformation die Gestalt einer Anzahl von Impulsen konstanter Frequenz hat, um mit Hilfe des vom ersten Impulsgenerator abgegebenen Signals die zu zündende Zündkerze zu ermitteln, um die Leistungsfähigkeit der Steuerstufe für den Hochfrequenzgenerator zu kontrollieren, so daß der Generator damit beginnen kann, elektrische Energie zu speichern, während der Betätigungszeitpunkt der Stufe durch ein vom ersten Generator erzeugtes Impulssignal bestimmt wird, und um die Freigabe der Steuerstufe zu steuern, so daß an der Zündkerze in Abhängigkeit von der Verzögerungszeit und Verwendung der Zeitsteuerung der Zündfunke auftritt.
    1300U/117S
  2. 2. Zündsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor für die Bestimmung der Betätigungsdauer der Steuerstufe durch Eingabe der Zahl der vorgenannten Impulse, die die Verzcgerungszeit darstellen, und zum Steuern bei Beendigung des Zählvorgangs der Zeitsteuerung zur Freigabe der Steuerstufe des Hochspannungsgenerators für die Zündkerze programmiert ist, so daß an der. Zündkerze der Zündfunke auftritt.
  3. 3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor dafür programmiert ist, in Form einer Anzahl von Konstantfrequenzimpulsen die Speicherzeit des vorangehenden Zyklus erfaßt und in Übereinstimmung mit dem von dem Hochspannungsgenerator im vorangehenden Zyklus ankommenden Energiepegel korrigiert, daß er in die Zeitsteuerung eine Zahl von Impulsen einspeichert, die gleich jener der Verzögerungszeit, vermindert um die Zahl der Impulse, die der Stromspeicherzeit entspricht, ist, und die Zeitsteuerung dadurch so steuert, daß sie durch das vom ersten Generator abgegebene Impulssignal eine erste Zählung ausführt, daß bei Beendigung der ersten Zählung die Betätigung der Steuerstufe des Hochspannungsgenerators für die Zündkerze so gesteuert wird, daß der Generator die Stromspeicherung beginnt, und daß in die Zeitsteuerung eine der Stromspeicherzeit gleiche Anzahl von Impulsen eingegeben wird, womit die Durchführung eines zweiten Zählschrittes gesteuert wird, und daß bei Beendigung der zweiten Zählstufe in der Zeitsteuerung die Auslösung der Steuerstufe des Hochspannungsgenerators für die Zündkerze erfolgt, wodurch an der Zündkerze der Zündfunke auftritt.
    1300U/1178
  4. 4. Zündregler nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor programmiert ist für die Berechnung einer Zahl von Impulsen mit konstanter Frequenz, die die Verzögerungszeit in Abhängigkeit von der Information des Vorzündwinkels gegenüber dem oberen Totpunkt darstellen, thermisch korrigiert und von der Zahl der Impulse mit konstanter Frequenz, die in der Zeitspanne zwischen dem ersten Impuls und dem unmittelbar vorhergehenden Impuls, welche von dem ersten Generator abgegeben sind, zusammengefaßt sind, zum Umwandeln des Vorzündwinkels gegenüber dem oberen Totpunkt in einen Winkel der Verzögerung in bezug auf den Impuls, der dem oberen Totpunkt unmittelbar vorhergeht, durch eine vorbestimmte Konstante, die zu dem Vorzündwinkel addiert wird, zum Teilen des Verzögerungswinkels durch den Drehwinkel des Motors zwischen dem Auftreten des ersten Impulses und des unmittelbar vorhergehenden Impulses, um einen dimensionsfreien Koeffizienten zu erhalten, und zum Multiplizieren dieses Koeffizienten mit der Zahl der Impulse konstanter Frequenz, die in der Zeitspanne aufgetreten sind, welche zwischen dem ersten Impuls und dem unmittelbar vorhergehenden Impuls, abgegeben vom ersten Generator, aufgetreten sind.
    1300H/1176
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